轮胎硫化温度均一性的改进

尚文跃

（宁夏神州轮胎有限公司，宁夏 银川 750011）

轮胎硫化是指对外胎的硫化，采用模型加压方式进行。轮胎硫化前内部微观结构为线形高分子，是具有粘弹性的可塑性橡胶，易变形、强度较低，无使用价值；通过硫化，使可塑性橡胶内的线形高分子发生交联反应，生成网络状的高分子材料，宏观上表现为固化，成为具有使用价值的高弹性橡胶。

随着汽车工业的快速发展，对轮胎的性能要求逐渐提高。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，在行驶过程中承受着各种变形、负荷以及高低温作用，因此必须具有较高的承载能力、牵引性能和缓冲性能。硫化是轮胎生产过程中非常重要的环节，而硫化温度是硫化的关键条件，因此人们对轮胎硫化温度的研究也不断加深[1-8]。

本工作主要研究我公司的蒸锅式硫化机轮胎硫化温度均一性的改进方法。

1 主要设备和仪器

Φ1 651 mm（65英寸）蒸锅式硫化机，桂林橡胶机械有限公司产品；TC-USB型温度记录仪，北京橡胶工业研究设计院有限公司产品。

2 外温蒸汽进入蒸锅的温度差异问题

蒸锅式硫化机外温蒸汽是从蒸锅外温蒸汽进口（见图1）直接喷射进硫化机蒸锅内，然后蒸汽从硫化机蒸锅内前端到后端，由下至上进行流动（按外温蒸汽进口位置进行衡量），外温蒸汽流过整个硫化机有一定的时间差，从而导致硫化时轮胎在蒸汽进口位置附近的地方升温快，距离蒸汽进口位置较远的地方升温相对较慢，造成轮胎硫化时各部位产生温差。测温可得硫化机外温蒸汽进口端与后端温度最大可相差12.9 ℃，平均温差为5.8 ℃。蒸锅式硫化机蒸汽进口端与后端温差较大导致轮胎硫化时蒸汽进口位置的硫化程度比后端的硫化程度高，这就导致在硫化时间一定的情况下，轮胎不是靠近蒸汽进口位置有过硫情况，就是在距蒸汽进口位置远端处有欠硫风险。

图1 蒸锅式硫化机及外温蒸汽进口

3 温度均一性改进

3.1 安装外温盘管

为了避免外温蒸汽在蒸锅式硫化机内流动时间长造成轮胎硫化蒸汽进口端与后端温差问题，对蒸锅式硫化机进行改造，在原外温蒸汽进口位置加装了一个周向的外温盘管，其采用周向开有斜向上小孔的无缝钢管制作而成（见图2），开孔数量和大小根据原外温蒸汽进口的面积计算确定，并计算确定外温盘管开孔斜向上的角度。

图2 外温盘管及其开孔

加装外温盘管后，当外温蒸汽进入硫化机蒸锅后，蒸汽不再是直接进入硫化机蒸汽室，而是先进入外温盘管，由于距离外温蒸汽进口位置近的盘管上小孔开孔面积较小，蒸汽基本是先顺着盘管流动，待蒸汽流动到盘管末端时，由于压力，其会从盘管上开的小孔处全部喷出，这就使得外温蒸汽近乎同步喷到蒸汽室各处，从而减小蒸锅内各部位的温差。

3.2 试验验证

为了验证加装外温盘管后的效果，在蒸锅内周向安装了7个测温装置，改进前后各时间温差均值见表1，各测温点硫化温度曲线见图3。

由表1可见，改进前、后各时间点的平均温差分别为5.83和2.24 ℃。说明加装外温盘管后蒸锅内各处的温差明显减小，起到改进作用。

表1 改进前后各时间温差均值 ℃

由图3可见，改进前各点温度曲线重合性不理想，改进后各点温度曲线重合性很好。

图3 改进前后硫化曲线对比

通过改进前后的测温数据及硫化曲线对比可以看出：改进前轮胎在整个硫化阶段，尤其是硫化升温阶段各点温差较大，距离外温蒸汽进口位置最近的测量点2与距离外温蒸汽进口位置最远的测量点7的温度曲线重合性最差，其他各测温点的温度曲线也有不同程度的偏离；而改进后由于外温盘管的作用，7个测温点的温差明显减小，温度曲线重合性很好。

试验结果表明，加装外温盘管后轮胎硫化温度均一性明显提升，改进效果明显。

4 成品轮胎性能对比

使用255/70R22.5 16PR轮胎进行验证。

4.1 耐久性能

轮胎耐久性试验按照GB/T 4501—2016进行，试验条件如下：充气停放时间 1.12 h，充气停放温度 31.5～37.2 ℃，标准负荷 2 500 kg，检测轮辋 7.50，充气压力 830 kPa，环境温度35.9～40.6 ℃。轮胎耐久性能测试阶段如表2所示。

表2 轮胎耐久性能测试阶段

测试结果表明：改进前后轮胎在第4阶段停机观察时外观均完好；改进前轮胎在第8阶段行驶0.17 h后胎肩脱层，累计行驶时间为77.42 h，累计行驶里程为5 735.22 km；改进后轮胎完成第8阶段10 h运行未损坏，累计行驶时间为87.25 h，累计行驶里程为6 628.2 km。由此可见，改进后轮胎的耐久性能提高。

4.2 高速性能

轮胎高速性能根据我公司高速性能标准GS01测试，试验条件如下：充气停放时间 15.72 h，充气停放温度 22～24 ℃，标准负荷 2 500 kg，检测轮辋 7.50，充气压力 830 kPa，环境温度23.7～27.7 ℃。轮胎高速性能测试阶段如表3所示。

表3 轮胎高速性能测试阶段

测试结果表明：改进前后轮胎在第2阶段停机观察时外观均完好；改进前轮胎在第8阶段行驶1.03 h后花纹沟裂口，累计行驶时间为18.03 h，累计行驶里程为1 539.3 km；改进后轮胎在第10阶段行驶1.4 h后胎肩脱层，累计行驶时间为22.4 h，累计行驶里程为2 133.47 km。由此可见，改进后轮胎的高速性能提高。

成品轮胎性能测试结果表明，硫化温度均一性提升后，轮胎的耐久性能和高速性能明显提高。

5 结论

（1）按现行的蒸锅式硫化机外温蒸汽进入方式，蒸锅内最大温差为12.9 ℃，平均温差为5.83℃，温差较大；加装外温盘管后，蒸锅内最大温差为5.14 ℃，平均温差为2.24 ℃，温差明显减小，提高了轮胎硫化温度的均一性。

（2）成品轮胎性能测试结果表明，轮胎硫化温度均一性提升后，轮胎的耐久性能和高速性能明显提高。